[BA/MA] Entwicklung eines netzfreien CFD-Simulationstools.

[chris_ita]

Liebe Studenten,

ich möchte euch auf diesem Weg auf eine gute Möglichkeit für eure nächste Projekt-, Bachelor- oder Masterabeit aufmerksam machen. Auch Studien- oder Diplomarbeit ist selbstverständlich noch möglich.

Zur Zeit entwickle ich ein neues CFD-Programm zur netzfreien Strömungssimulation. Dabei brauche ich Unterstützung.



Warum netzfrei?

Eigentlich alle kommerziell erhältlichen Simulationsprogramme basieren auf der Finite-Volumen- oder der Finite-Elemente-Methode. Egal, ob Strömungssimulationen oder mechanische Simulationen. Der ganz normale Vorgang bei der täglichen Simulationsarbeit besteht darin, die Geometrie vom CAD-System einzulesen oder selbst zu modellieren, sie anschließend zu vernetzen und dann den Computer rechnen zu lassen. Klingt soweit ganz einfach und funktioniert bei simpler Geometrie auch ganz gut.

Die Vernetzung ist der wichtigste Bestandteil im Arbeitsablauf. Mit der Art und Weise der Vernetzung lege ich die Qualität der Ergebnisse sowie die Rechenzeit fest. Ein grobes Netz ist schnell gemacht und erzeugt auch wenig Rechenaufwand, die Simulation ist also schnell und billig. Für ein feines Netz braucht man sehr lange bei der Erstellung und es steigert die anschließende Rechenzeit exponentiell. Der Kunde bekommt so zwar bessere Zahlenwerte im Ergebnis, muss aber teuer dafür bezahlen.

Im Arbeitsalltag macht die manuelle Netzerstellung (anders geht es meistens nicht) manchmal bis zu 90 % der Projektarbeit aus und kann einen in den Wahnsinn treiben!!! Das sind mitunter nicht nur Minuten und Stunden, sondern Tage und Wochen. Wenn man nach einer stundenlangen Simulationsrechnung feststellt, dass die Rechnung aufgrund von Netzproblemen abgestürzt ist und man den ganzen Prozess wieder von vorne beginnen kann, ist das nicht schön. Von fehlender Flexibilität der Netzmethode ganz zu schweigen.

Lange Rede kurzer Sinn, ich habe eine Idee, die ganze Netzgeschichte verschwinden zu lassen. Die Methode heißt Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) und kommt aus der Astrophysik. Sie wird schon lange verwendet, um die Bewegung und Bildung von Galaxien und Planetensystemen zu berechnen. Hierbei wird das Fluid durch viele einzelne Partikel dargestellt, die frei im Raum fliegen können und untereinander kommunizieren können. Der Raum wird durch die externen Randbedingungen (feste und bewegliche Wände, Druck, Volumenstrom, Temperatur) dargestellt und beeinflusst die Partikel. Somit entfällt die ganze Netzmodellierung. Ich lese nur noch die CAD-Geometrie (z.B. Rohrwände) ein und lege den Ort fest, wo die Partikel eintreten sollen. Das wars!


Ich möchte ein solches netzfreies Simulationsprogramm in C++ komplett neu entwickeln, dazu brauche ich interessierte und engagierte Studenten aus verschiedensten Fachrichtungen! Das Programm soll modular aufgebaut sein, was sich auch in den Themengebieten wiederspiegelt, die unabhängig voneinander bearbeitet werden können. Später soll das Programm in der Lage sein, so gut wie alles zu simulieren: Extrusion von Polymeren zu Kunstfasern, Herstellung von PET-Flaschen, Strömungen um Autos und Flugzeuge, Wiedereintritt von Raumfahrzeugen, Verbrennungen in Turbinen, usw.

Hier nur eine kleine Auswahl der Themen für eure studentische Arbeit:

• Konzeptentwicklung und Software-Engineering
• Programmierung einer grafischen Benutzeroberfläche
• Importroutine für CAD-Dateien
• Lösungsalgorithmen für Differentialgleichungen
• verschiedenste Materialmodelle (Newton, Carreau, viskoelastisch)
• Bewegte Teile und Fluid-Struktur-Wechelwirkung (z.B. Turbinenschaufeln)
• Thermodynamik: Verbrennung, Strahlung, Wärmeleitung, Konvektion
• Chemische Reaktionen, Reaktionskinetik
• Turbulenzmodelle
• Gasdynamik (Überschall, Hyperschall)
• Multiphasen
• Extrusion, freie Oberflächen, Oberflächenspannung
• ...

Die Themen sind frei auswählbar und im Umfang an Anzahl der Studenten und Art der Arbeit anpassbar. Egal, ob ihr alleine eine Bachelor- oder Masterarbeit anfertigen wollt, oder eine Projektarbeit im Team mit bis zu 5 Leuten.

Aufgrund der Vielfalt der Themengebiete gibt es Arbeitspakete für Masch'bauer aller Vertiefungsrichtungen, Informatiker, CES'ler, Chemiker und Physiker, die programmieren möchten. Auch für Wirt’Ings zur wirtschaftlichen Betrachtung.

Bei Interesse meldet euch einfach. Ich freu mich auf eure Nachrichten und stehe gerne für weitere Infos zur Verfügung. Auch Weitersagen an interessierte Kollegen aus eurem Studien-, Freundes- und Bekanntenkreis ist erlaubt.



Viele Grüße,

Christian
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Dipl.-Ing. Christian Sasse
Abteilungsleiter Simulation

Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University
Priv.-Doz. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Gunnar Seide

Standortadresse: Kackertstraße 9, 52072 Aachen
Postadresse: Otto-Blumenthal-Straße 1, 52074 Aachen

Fon +49 (0) 241 80 24715, Fax +49 (0) 241 80 224 22
E-Mail christian.sasse@ita.rwth-aachen.de
http://www.ita.rwth-aachen.de